JP2021017989A - 粉粒体材料の乾燥装置及び粉粒体材料の乾燥方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、下記特許文献1には、材料貯留槽内に、ヒータで加熱した空気を供給する熱風供給ラインの下流側端部を構成する下方に向けて延びる鉛直部を設け、この鉛直部の下端部に熱風を吹き出す吹出口を設けた粉粒体貯留装置が開示されている。また、この粉粒体貯留装置は、下端部に樹脂ペレットを吸引する吸引口を設け、上端部に樹脂ペレットを噴出させる噴出口を設けた吹上管路の一部分を熱風供給ラインの鉛直部の内部に配置した構成とされている。
なお、図1では、粉粒体材料やガス等が通過する経路となる管路(配管)を、実線にて模式的に示している。
また、以下の実施形態では、本実施形態に係る粉粒体材料の乾燥装置を設置した状態を基準として上下方向等の方向を説明する。
本実施形態に係る粉粒体材料の乾燥装置1は、図1に示すように、乾燥槽11内の粉粒体材料を加熱して乾燥する構成とされている。
ここに、上記粉粒体材料は、粉体・粒体状の材料を指すが、微小薄片状や短繊維片状、スライバー状の材料等を含む。
また、上記材料としては、樹脂ペレットや樹脂繊維片等の合成樹脂材料、金属材料、半導体材料、木質材料、薬品材料、食品材料等どのようなものでもよい。
また、粉粒体材料としては、例えば、合成樹脂成形品を成形する場合には、ナチュラル材(バージン材)や粉砕材、マスターバッチ材、各種添加材等が挙げられる。また、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維を含んだ構成としてもよいが、本実施形態に係る乾燥装置1は、静置状態で加熱した際に固着(ブロッキング)し易い傾向のある材料を加熱する際に好適に用いられる。このような材料としては、ポリ乳酸やポリグリコール酸等の生分解性樹脂や、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の結晶性樹脂であってもよく、また、エラストマー系材料であってもよく、また、各種の添加剤が添加されたものであってもよい。
また、本実施形態では、返還路36,36A,38を、乾燥槽11外に設けた構成としている。このような構成とすれば、返還路36,36A,38を乾燥槽11内に設けたものと比べて、構成の簡素化を図ることができ、また、返還路36,36A,38やこれを支持する部材が乾燥槽11内を流下する粉粒体材料の妨げになるようなことがない。
本実施形態では、材料元3から乾燥槽11側に向けて粉粒体材料を気力輸送する態様とした例を示している。乾燥槽11の上流側には、材料元3から気力輸送される粉粒体材料を捕集する捕集器12が設けられている。乾燥槽11及び捕集器12は、乾燥装置本体10を構成する。また、材料元3の粉粒体材料を乾燥装置本体10の捕集器12に気力輸送(一次輸送)する際に駆動される輸送ガス源31と、乾燥槽11の粉粒体材料を供給先2の捕集装置4に気力輸送(二次輸送)する際に駆動される輸送ガス源31と、を共通の輸送ガス源としている。つまり、一次輸送と二次輸送とを単一の輸送ガス源31によって実行可能な構成としている。また、このような一次輸送と乾燥槽11内の粉粒体材料の変動(返還)とも単一の輸送ガス源31によって実行可能な構成としている。
分岐部36aは、上流側材料輸送路36の下流側端部が接続された1つの上流側接続部と、この上流側接続部から二股状に分岐する2つの下流側接続部と、を備えている。この分岐部36aの一方の下流側接続部に、上流側返還路36Aの上流側端部が接続されている。また、この分岐部36aの他方の下流側接続部に、下流側材料輸送路36Bの上流側端部が接続されている。
輸送元切替弁37は、詳細な図示を省略しているが、下流側返還路38の上流側端部が接続された1つの下流側接続部と、2つの上流側接続部と、これら2つの上流側接続部のうちのいずれか一方を選択的に1つの下流側接続部に連通させるスライド弁と、を備えている。このスライド弁は、適宜のエアーシリンダー等の弁駆動装置によって駆動されるものでもよい。この輸送元切替弁37の一方の上流側接続部に、上流側返還路36Aの下流側端部が接続されている。また、この輸送元切替弁37の他方の上流側接続部に、上流側補給路39の下流側端部が接続されている。
捕集器5の導入管5bは、捕集器5の下端側から粉粒体材料が導入されるように、捕集器5の下端側に設けられている。図例では、ホッパー状とされた捕集器5の下端部に設けられた排出管の側周部から径方向に突出させるように導入管5bを設けた例を示している。
また、捕集器5には、輸送ガス源31の吸込側に連通接続された二次側吸引管路34Bが接続される吸引管5aが設けられている。図例では、この吸引管5aを、捕集器5の上端部の側周部から径方向に突出させるように設けた例を示している。
また、捕集装置4には、捕集器5の排出管の排出口を開閉する弁体6が設けられている。この弁体6としては、適宜の吊下部材によって振子状に揺動可能に保持されたものでもよい。また、この弁体6は、輸送ガス源31による吸引力の作用によって排出口を閉鎖する一方、落下(流下)する粉粒体材料の荷重によって開放される構成とされたものでもよく、その他、種々の構成とされたものでもよい。
また、この捕集装置4には、材料要求信号を出力する材料センサ8が設けられている。図例では、貯留部7の周壁部の側方に材料センサ8を設けた例を示しているが、このような態様に限られない。
また、この捕集器12には、上記した捕集装置4の捕集器5と概ね同様、吸引管12aに向かう輸送ガスから粉粒体材料を分離させる適宜の分離部が設けられている。
また、乾燥装置本体10には、捕集器12の排出管の排出口を開閉する弁体13が設けられている。この弁体13としては、上記同様、適宜の吊下部材によって振子状に揺動可能に保持されたものでもよいが、図例では、水平方向に沿う軸回りに回転自在とされたものとし、この弁体13を閉鎖側に回転させる錘を設けた例を示している。
また、この弁体13は、上記した捕集器5の弁体6と概ね同様、錘及び輸送ガス源31による吸引力の作用によって排出口を閉鎖する一方、落下(流下)する粉粒体材料の荷重によって開放される構成とされたものでもよい。
また、図例では、輸送ガス源31の吐出側に、乾燥装置本体10の排出部18に接続された上流側材料輸送路36に連通される還流管路35を接続した例を示している。つまり、輸送ガス源31の吐出側を大気開放させずに、上流側材料輸送路36の上流側端部に連通させた構成としている。このような構成とすれば、乾燥槽11の排出部18と、捕集装置4の捕集器5または乾燥装置本体10の捕集器12と、を、各管路34A,34B,34,35,36,36A,36B,38を介して略閉ループ状に連通接続することができ、外気(大気)の系内への浸入を抑制することができる。なお、このように略閉ループ状に連通接続された循環路内に窒素等の不活性ガスを供給可能な構成等としてもよい。
また、乾燥槽11の上端部には、乾燥槽11内に導入されたガスを乾燥槽11外に排気する排気口を構成し、循環経路を構成する循環管路23の上流側端部が接続される排気管11bが設けられている。図例では、この排気管11bに、乾燥槽11から排出されるガスの温度を検出する温度センサ17を設けた例を示している。
乾燥槽11には、乾燥槽11内に導入されるガスを加熱する加熱器14aを有したボックス状の加熱ユニット14が付設状に設けられている。この加熱ユニット14の外周には、適宜の断熱材が設けられていてもよい。また、この加熱ユニット14の加熱器14aの下流側には、加熱器14aを通過したガスの温度を検出する温度センサ15が設けられている。この温度センサ15の検出温度に基いて、加熱されたガスが所定の設定温度となるように、加熱器14aが制御される。
除湿ユニット20は、モーター等によって回転される略円筒状の除湿ロータ22と、循環管路23に配されたブロワ(送風機)等のガス循環源21と、を備えている。
除湿ロータ22は、詳細な図示は省略しているが、軸方向に貫通する多数のガス流通路が設けられたハニカム状とされ、ガス流通路を形成する隔壁に水分を吸着する合成ゼオライトやシリカゲル等の適宜の吸着剤を含浸乃至は捕捉させた構成とされたものでもよい。また、この除湿ロータ22の軸方向両側には、この除湿ロータ22を、除湿処理ゾーン22a、冷却再生ゾーン22b及び加熱再生ゾーン22cに区画する区画壁が設けられた蓋体が設けられている。
ガス循環源21の吐出側には、除湿ロータ22の除湿処理ゾーン22aに連通される除湿側管路23aと、除湿ロータ22の冷却再生ゾーン22bに連通される冷却側管路23bと、が接続されている。除湿側管路23aの下流側端部が乾燥槽11の加熱ユニット14に接続されている。
冷却側管路23bの下流側端部は、熱交換器28を介して循環管路23におけるガス循環源21よりも上流側に連通するように接続されている。図例では、冷却側管路23bの下流側端部を、フィルター24に接続した例を示している。この冷却側管路23bの除湿ロータ22から熱交換器28までの部位の外周に断熱材が設けられていてもよい。
熱交換器28は、再生ガス源26を介して外部から導入されるガスを、除湿ロータ22の冷却再生ゾーン22b及び加熱再生ゾーン22cを通過したガスによって間接的に昇温させる構成とされている。
また、この排出部18の下流側には、上流側材料輸送路36が接続される接続部と、還流管路35が接続される接続部と、が設けられている。乾燥槽11の粉粒体材料を上記したように変動側(返還側)または供給先2側に向けて輸送する際には、この排出部18が開放される。つまり、輸送ガス源31を起動し、この排出部18の弁体を開放させれば、還流管路35を介して還流されるガスが上流側材料輸送路36に導入されながら、輸送ガス源31による吸引作用によって乾燥槽11から排出された粉粒体材料が上流側材料輸送路36を介して乾燥装置本体10の捕集器12または捕集装置4の捕集器5に向けて気力輸送される。
制御部41には、乾燥装置本体10の排出部18の弁体を駆動する駆動部や、材料センサ8、加熱器14a、温度センサ15,17、輸送ガス源31、吸引管路切替弁33、輸送元切替弁37、ガス循環源21、再生ガス源26、加熱部29、除湿ロータ22を回転させる駆動部等の当該乾燥装置1(乾燥システムA)の稼働に要する各機器が信号線等を介してそれぞれに接続されている。表示操作部42は、各種設定などの設定や入力、表示をするための表示部及び操作部を構成する。記憶部43は、各種メモリ等から構成され、この記憶部43には、表示操作部42の操作により設定、入力された設定条件や入力値、後記する乾燥方法を含む基本動作等を実行するための制御プログラムなどの各種プログラム、予め設定された各種動作条件、各種データテーブル等が格納される。
また、図1に示すように、加熱部を構成するガス吹出口16近傍の温度を検出する温度センサ19を設け、この温度センサ19の検出値がガラス転移温度を超えれば、変動第1条件を満たしたと判別する態様等としてもよい。図例では、ガス吹出口16の上方側に隣接して設けられ下方側に向かうに従い拡開状とされた整流部の外周側に温度センサ19を設けた例を示しているが、このような態様に限られない。なお、変動第1条件を上記のような時間とした場合には、このような温度センサ19を設けていない構成としてもよい。
この粉粒体材料を変動させる際における返還路36,36A,38を介して上方側に返還される粉粒体材料の量(返還量)は、乾燥槽11内の粉粒体材料の貯留量(乾燥槽11に満レベルまで粉粒体材料が貯留された状態の貯留量)の好ましくは10%以下であってもよく、より好ましくは、5%以下であってもよい。また、乾燥槽11内の粉粒体材料を変動させる際における粉粒体材料の返還量が上記のような量となるように、変動機構30を構成する排出部18の弁体の開放時間や、輸送ガス源31の駆動時間を適宜の時間に設定するようにしてもよい。または、乾燥槽11内の粉粒体材料を変動させる際における粉粒体材料の返還量が上記のような量となるように、排出部18の下流側に適宜の流量計や計量器等を設けた構成等としてもよい。
この変動停止条件は、乾燥槽11内の粉粒体材料の略全量が少なくとも一度はガラス転移温度を超えたことを推定または判別可能な条件であってもよい。例えば、予め実験的に定められた所定の変動繰り返し回数を超えれば、変動停止条件を満たしたと判別する態様でもよい。また、後記するように、返還輸送(変動実行)毎に上昇と低下とを繰り返す排気温度の低下した際の温度が、乾燥設定温度の例えば、40%〜60%等の予め定められた所定割合以上の温度となれば、変動停止条件を満たしたと判別する態様でもよい。また、返還輸送(変動実行)毎に上昇と低下とを繰り返す排気温度の上昇した際の温度と低下した際の温度との差(温度差)が予め定められた所定値以下となれば、変動停止条件を満たしたと判別する態様でもよい。この場合、特に起動初期には、上記温度差が小さくなる傾向があるので、温度差が前回返還輸送(変動実行)の際の温度差よりも小さくなった以降や複数回返還輸送(変動実行)がなされた後に、変動停止条件を満たしたか否かを判別するようにしてもよい。また、乾燥槽11内の上下に多点の温度を検出する温度センサを設け、各温度センサの検出値がガラス転移温度を超えれば、変動停止条件を満たしたと判別する態様でもよい。
また、変動停止条件は、当該乾燥装置1が起動されてから変動停止条件となるまでの時間が、所定の乾燥時間、例えば粉粒体材料毎に定められた推奨乾燥時間(例えば、2時間〜5時間程度)の1/2以下、好ましくは、1/3以下となるように設定されていてもよい。このような構成とすれば、推奨乾燥時間近くまで繰り返し変動させる構成とされたものと比べて、粉粒体材料を効率的に乾燥することができる。
この乾燥工程においては、乾燥槽11の上方側の捕集器12の弁体13及び乾燥槽11の下端部の排出部18の弁体が閉鎖された状態で、加熱器14a及び除湿ユニット20を作動させて乾燥槽11に除湿及び加熱されたガスを循環させる。これにより、図2に示すように、加熱器温度が予め設定された加熱器14aの設定温度(乾燥設定温度)に向けて急激に上昇した後に、徐々に加熱器14aの設定温度に近づく。この乾燥設定温度は、粉粒体材料毎に定められた推奨乾燥温度(例えば、60℃〜200℃程度)であってもよい。一方、乾燥装置1の起動初期は、乾燥槽11内には、常温(室温)程度の粉粒体材料が貯留されているので、粉粒体材料層を通過して乾燥槽11から排気されるガスの温度(排気温度)は、殆ど上昇することなく推移する。
このように乾燥槽11内の下端側部位の粉粒体材料が上方側に返還されれば、ガラス転移温度を超える程度に加熱された粉粒体材料が上方側に返還されることとなるので、排気温度が一時的に急激に上昇する。また、このように急激に上昇した後、ガス吹出口16から導入されたガスが昇温途中の粉粒体材料層を通過することで、排気温度が急激に低下する。
そして、変動停止条件となれば(ステップ103)、粉粒体材料を変動させることなく静置状態で乾燥させる静置乾燥モードに移行する(ステップ104)。なお、図例では、乾燥装置1の起動初期から変動が13回実行された後に静置乾燥モードに移行した例を示しているが、このような回数に限られない。また、図例では、乾燥装置1の起動初期から一定間隔毎に変動を実行させた例を示しているが、このような態様に限られない。
このように供給先2において粉粒体材料が消費されれば、逐次、二次輸送が実行され、乾燥槽11内の粉粒体材料の貯留レベルが低下する。そして、乾燥槽11の材料センサ(不図示)から材料要求信号が出力されれば、一次輸送が実行され、未乾燥の粉粒体材料が乾燥槽11内に導入(補給)される。このように新たな粉粒体材料が乾燥槽11内に補給された後にも上記と概ね同様、変動必要条件となれば、変動を実行させるようにしてもよい。
また、本実施形態では、加熱部を、乾燥槽11内の下方側部位において加熱したガスを吹き出すガス吹出口16とした例を示しているが、このような態様に代えて、または加えて、伝熱フィン等としてもよい。本実施形態に係る乾燥装置1が備える各部材及び各部の具体的構成は、上記した構成に限られず、その他、種々の変形が可能である。また、本実施形態に係る乾燥装置1を用いて実行される乾燥方法としては、上記したような態様に限られず、その他、種々の変形が可能である。また、上記では、本実施形態に係る乾燥装置1を用いて本実施形態に係る乾燥方法を実行した例を示しているが、同乾燥方法は、他の乾燥装置を用いても実行可能である。
11 乾燥槽
11a 排出口
14a 加熱器
16 ガス吹出口(加熱部)
30 変動機構
36 上流側材料輸送路(返還路)
36a 分岐部
36A 上流側返還路(返還路)
36B 下流側材料輸送路(材料輸送路)
38 下流側返還路(返還路)
41 制御部
2 供給先
A 乾燥システム
また、前記目的を達成するために、本発明に係る粉粒体材料の乾燥装置は、乾燥槽内の粉粒体材料を加熱して乾燥する粉粒体材料の乾燥装置であって、前記乾燥槽内の粉粒体材料を変動させる変動機構と、前記乾燥槽内の加熱部近傍の粉粒体材料の温度がガラス転移温度を超えたと判断すれば、粉粒体材料を変動させるように前記変動機構を制御する制御部と、を備えており、前記変動機構は、前記乾燥槽内の下方側の粉粒体材料を上方側に返還させる返還路を備えていることを特徴とする。
Claims (9)
- 乾燥槽内の粉粒体材料を加熱して乾燥する粉粒体材料の乾燥装置であって、
前記乾燥槽内の粉粒体材料を変動させる変動機構と、前記乾燥槽内の加熱部近傍の粉粒体材料の温度がガラス転移温度を超えたと判断すれば、粉粒体材料を変動させるように前記変動機構を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項1において、
前記制御部は、前記変動機構によって粉粒体材料を変動させた後に、所定の変動必要条件となれば、前記変動機構を制御して粉粒体材料を変動させることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項2において、
前記制御部は、前記所定の変動必要条件となる度に前記変動機構を制御して粉粒体材料を変動させる変動乾燥モードを実行中に、所定の変動停止条件となれば、粉粒体材料を静置状態で乾燥させる静置乾燥モードを実行させることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項において、
前記加熱部は、加熱器によって加熱されたガスを前記乾燥槽内の下方側部位において吹き出すガス吹出口であることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項において、
前記変動機構は、前記乾燥槽内の下方側の粉粒体材料を上方側に返還させる返還路を備えていることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項5において、
前記制御部は、粉粒体材料を変動させる際には、前記乾燥槽内の粉粒体材料の貯留量の1%〜20%の量の粉粒体材料が前記返還路を介して上方側に返還されるように前記変動機構を制御することを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項5または6において、
前記返還路は、前記乾燥槽外に設けられていることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 請求項7において、
前記返還路は、一端が前記乾燥槽の下端の排出口に連通するように接続され、他端が該乾燥槽の上方側に接続され、かつ途中に設けられた分岐部に、供給先に向けて粉粒体材料を輸送する材料輸送路が接続されていることを特徴とする粉粒体材料の乾燥装置。 - 乾燥槽内の粉粒体材料を加熱して乾燥する粉粒体材料の乾燥方法であって、
前記乾燥槽内の加熱部近傍の粉粒体材料の温度がガラス転移温度を超えれば、変動機構によって前記乾燥槽内の粉粒体材料を変動させることを特徴とする粉粒体材料の乾燥方法。
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